La biomécanique : forces et mouvements

7.1 Définition

7.2 Les bases

7.3 L’addition des forces

7.4 Le moment de force / de cinétique

7.5 Applications

La biomécanique : forces et

mouvements

Yvan LOYNET – Formateur

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7.1 Définition de la biomécanique

= l’étude de la mécanique appliquée au corps

humain.

Ce terme provient du mot Grec : Bios (vie) et

mécanique qui est l’étude des forces et des effets

produits par leurs applications.


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7.1 Définition biomécanique

La biomécanique pour les éducateurs sportifs :

Étude de l’homme en mouvement, des forces externes(ex : force de réaction au sol) qui agissent sur lui et desforces internes (ex : forces musculaires) qu’il produit.

But de ce chapitre :

Comprendre par exemple comment cet homme

peut tenir ainsi en équilibre au-delà de son

gainage, pour identifier toutes les forces en

présences (celles générées et celles subies)

Ce qui revient à élaborer la technique pour le réaliser


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7.2 Les bases

La masse : m

= quantité de matière d’un

objet ou personne, exprimé en

kilogrammes. Elle est mesurée

avec une balance.

La pesanteur ou la gravité :

g

Résulte de l’attraction

terrestre. (Newton et sa

pomme).

g = 9,81 N.kg-1 (ou N/kg)Yvan LOYNET – Formateur

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7.2 Les bases

Le poids : P avec P = m x g

C’est la masse multipliée par l’attraction terrestre.

Il est mesuré avec un dynamomètre. Il s’exprime en

Newton. (N)

Le poids est une force dont les caractéristiques sont

les suivantes :son point d'application est le centre de

gravité de l'objet ;

- sa direction est donnée par la verticale ;

- son sens est orienté vers le centre de la Terre ;

- son intensité P est exprimée en newton de

symbole N.


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7.2 Les bases

Notion de force

Pour comprendre la constitution du squelette et l’action

des muscles sur les différents segments du corps, on

doit connaître la notion de force.

= une force est une action qui est capable de déformer

un corps, de créer ou de modifier un mouvement

2 types de forces :

- interne = force musculaire

- externe = attraction terrestre

- force interne = action musculaire (contraction)

- force externe = contrainte (gravite, réaction …)


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7.2 Les bases

Notion de force

La force est représentée par un vecteur (flèche)

définissant :

- sa direction (axe)

- son point d’application (O : origine)

- son sens (flèche)

- son intensité (longueur)


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7.2 Les bases

Un exemple avec la force de pesanteur :

force due à l’attraction terrestre, proportionnelle à la

masse de l’objet.

Cette force qui tend à entraîner tout objet vers le centre

de la terre est définie par un vecteur :

· De direction = la verticale

· D’origine = le centre de gravité (CDG) de l’objet

· De sens = du haut vers le bas

· D’intensité = la masse de l’objet (proportionnelle au

poids) CDG


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7.2 Les bases

Le centre de gravité

Point théorique qui représente le centre de la masse considérée.

Chez l’homme il se situe en avant de la 3ème lombaire (L3).

Loi d’action / réaction

Pour chaque force agissant sur un objet ou un corps, il existe une force égale de sens opposé et de même direction qui agit sur ce corps.

Que se passe-t-il si une personne debout n’est pas gainée ?


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7.2 Les bases

Le polygone de sustentation

Zone virtuelle délimitée par les points d’appui.

Pour une personne debout, son polygone correspond au quadrilatère formé par ses deux pieds.

Selon la position des appuis et leur

nombre, celui est variable.

Plus il est grand plus la personne

est stable, difficilement

« déséquilibrable ».


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7.2 Les bases

Les leviers

= un système rigide (os) sur lequel agit une force

(musculaire) pour vaincre une résistance (en

général la gravité) en prenant appui sur un point

fixe (articulation).

Nb : la force ne s’applique pas directement au muscle

mais à son insertion (le tendon).


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7.2 Les bases

Les leviers


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7.2 Les bases

Contextualisation par l’exemple du « curl biceps »

Prenons l’exemple d’un curl biceps. Lorsque vous

faites une flexion de votre avant-bras (même sans

haltère), votre biceps se contracte légèrement. Ceci

provient de la gravité. Si vous avez un haltère, votre

biceps se contracte davantage, mais ceci est toujours

lié à l’effet de la gravité sur l’haltère.

La force et la résistance sont donc toujours en

opposition, en duel. Si c’est la force qui remporte

le duel, vous parvenez à faire votre mouvement

(votre curl biceps). Si c’est la résistance qui

l’emporte, vous n’arrivez plus à soulever votre

haltère et votre bras retombe. La résistance

remporte le duel. Yvan LOYNET – Formateur

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7.2 Les bases

Le levier inter-appui

Le point d’application de la force F1 et F2 est situé de

part et d’autre de l’axe


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7.2 Les bases

Le levier inter-puissant

le point d’application de la force musculaire est situé

entre l’articulation et la résistance. Le point

d’application de la force F correspond au point

d’insertion du muscle sur le levier mobile.

Exemple : la cuisse


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7.2 Les bases

Le levier inter-résistant

La résistance est située entre l’articulation et le pointd’application de la force. Moins fréquent dans l’organisme, ilest souvent impliqué dans des mouvements précis et defaible amplitude.

Le muscle développant la force possède une insertion surle levier fixe, proche de l’articulation, et une insertion sur lelevier mobilisé très éloigné de l’articulation.


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7.2 Les bases Les leviers

La majorité des leviers dans le corps sont inter-puissant ! Yvan LOYNET – Formateur

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7.2 Les bases Les leviers : moyen mnémotechnique

1er ordre : P O F

2ème ordre : O P F

3ème ordre : O F P


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7.3 L’addition des forces Une force interne ou externe peut être décomposée.

Cela permet de comprendre SES COMPOSANTES :

A l’inverse, si plusieurs forces s’exercent sur le corps

ou un segment, il est nécessaire de pouvoir définir LA

RESULTANTE (R) = la somme des forces.


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7.3 L’addition des forces Comment décomposer la force du biceps lors d’une

flexion de coude ?

Fba : fléchir l'avant bras sur le bras / Fab : fléchir le bras sur l'avant bras


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Le vecteur force F peut être placé dans un repère orthonormé.

On le décompose en deux forces :

Le vecteur Fd : force dynamique perpendiculaire à l’axe, passant par le point d’application de la force. C’est elle qui va occasionner le mouvement.

Le vecteur Fa. Cette force ne sert à rien car elle s’exerce vers le centre. C’est une force axiale qui sert à coapter (ou décoapter) l’articulation. Yvan LOYNET – Formateur

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Conséquence sur le fonctionnement d’un

muscle :

L’action du muscle dépend de son orientation, de son

volume (nombre de fibres musculaires), de son lieu

d’insertion par rapport au centre O et de la position

de l’articulation.


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7.4 Le moment de force ou cinétique

Moment cinétique (que l’on nomme : M) : si une

résistance (R) ou une force (F) agit à une distance

(d) d’un point, on dit que cette R ou F exerce un

moment cinétique (contrainte) par rapport à ce

point.

=> M = Résistance x Longueur du levier

Ici le moment de force est

Représenté par la flèche

Arrondie.

Pour une même intensité, plus la longueur est grande,

plus le moment sera grand. C’est le principe du bras de

levier.


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7.4 Le moment de force ou cinétique

Globalement, on a ….. de force sinotre levier est petit (avant-brascourt) et si notre bras de levier est…….. (distance entre l’insertion dumuscle et l’articulation).

Ceci explique pourquoi dans dessports tels que l’haltérophilie, lagymnastique ou le CrossFit, lesathlètes de petite taille et/ou avec desbras de levier importants (plus difficileà avoir) ont un avantage compétitifnaturel.


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7.5 Applications Appui bipodal ou unipodal


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7.5 Applications Quelle force entraine une tension ligamentaire au

niveau des articulations du membre supérieur,

notamment lorsque celles-ci sont appendues ?

?


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7.5 Applications En quoi le rachis fait l’objet d’un levier de premier

ordre ?

Le poids du corps, notamment du ventre est en avant

du rachis.


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7.5 Applications En quoi le rachis fait l’objet d’un levier de premier

ordre ?

Pour lutter contre le poids, les

muscles qui s’insèrent en arrière :

les muscles érecteurs

(extenseurs) du rachis sont en

permanence contractés. C’est un

bras de levier. Yvan LOYNET – Formateur

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7.5 Applications En quoi le fait de porter un sac à main ou une

haltère fait l’objet d’un levier de 3ème ordre ?


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7.5 Applications En quoi le fait de porter un sac à main ou une

haltère fait l’objet d’un levier de 3ème ordre ?

La gravité et le poids du sac à main exerce une forcequi est compensée par l’action des musclesfléchisseurs (F). Le centre de rotation est en amont.


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7.5 Applications Sur ce schéma, l’adhérent travaille dans le plan frontal en

abduction. Le vecteur rouge correspond à un élastique ayant uneforce de résistance R2 ou R1

tel que R2 = R1 = 1 kg.

L’élastique est tendu entre sa main

droite et son pied droit.

d = distance entre épaule et main,

tel que d = 1 mètre.

- Quel muscle il travaille ?

- Détaillez les types de contraction

musculaire

- Donnez la valeur du moment M,

traduisant la force de rotation au niveau

de l’épaule droite.

- Où placeriez-vous l’élastique sur le bras

pour que ce moment soit plus important et

donc que le muscle travail avec une plus forte charge ?Yvan LOYNET – Formateur

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Documents

La biomécanique : forces et mouvements